浅谈沥青路面坑槽破坏机理及修补技术研究

发表时间:2020/10/28   来源:《基层建设》2020年第18期   作者:王磊柱
[导读] 摘要:在我国现代化交通和公路事业不断发展,公路基础设施的建设规模也在逐渐的扩大。
        北京城建道桥建设集团有限公司  北京市  100000
        摘要:在我国现代化交通和公路事业不断发展,公路基础设施的建设规模也在逐渐的扩大。就2020年的交通运输行业发展统计报告中得知,截止在2019年的年底我国公路总里程达到了501.25万公里,在新建公路里程不断增加下,养护公路里程也在逐渐的升高,达到了495.31万公里,占据公路总里程的98.8%,从数据分析得知,公路养护现已成为公路行业的一大问题,我国在进行公路网的建设过程中,还需注重研究路面养护技术研究,确保公路高效和安全的运行,为我国经济发展奠定坚实的基础。在公路沥青混凝土路面产生坑槽破坏不仅会影响到路面平整度和舒适性有所影响,并且对坑槽维修的不及时,在车辆荷载作用下,坑槽的破坏面逐渐的增大或者是加深,造成维修费用的增加,并且危及到行车的安全。在我国的南方或者是夏秋季节雨水多的时候,就会出现坑槽或是轻微的裂缝,这个现象大多数都是在雨后发生的,沥青铺筑的时候会因为操作原因造成沥青透水,进而产生坑槽,所以我们还需加强对其坑槽病害的处理。本文主要从作者实际工作经验进行入手,简要的分析沥青路面坑槽破坏机理和修补技术,希望对有关从业人员带来帮助。
        关键词:公路工程;沥青路面;坑槽修补
        前言:坑槽作为沥青路面典型的病害,会对路面平整度、行车舒适度有所影响,如果说不进行及时修补,在交通荷载和雨水作用下,会破坏其发展,严重的危及到驾乘人员安全。因为安全隐患是比较大的,在养护管理的时候明确的提出坑槽不过夜的养护要求,这就证明及时修补坑槽是比较重要的。下面就对其进行探讨。
        1 工程的概况分析
        在某公路工程中总长度为205.5km,起止桩号为K695+600~K901+100。本路段为双向四车道,24.5m为其路基宽度,2m为中央分隔带,行车道为2x2x3.75m,左侧路缘带2x0.5m,硬路肩宽度为2x2.5m,土路肩为2x0.75m。按照从上到下的顺序路面结构分别为中粒式改性沥青混凝土AC-16(5cm)+中粒式改性沥青混凝土AC-20(5cm)+粗粒式改性沥青混凝土AC-25(7cm)+水泥稳定碎石基层(34cm)+水泥稳定砂砾底基层(20cm)。本工程在建成通车之后,因为交通量的持续增长,重载超载的现象也是更加严重,使得路面病害问题的突出。而坑槽问题是比较严重的,为提高路面的使用性能,还需采取有针对性的维修方法进行坑槽的处理。
        2 坑槽的破坏和维修机理分析
        2.1 坑槽破坏形式
        第一,表面层出现坑槽。因为沥青路面的面层混合料局部空隙率比较大,沥青和石料之间的粘附力不强,路表水在进入并且滞留在表层的沥青混合料中,在行车荷载,特别是重载车辆不断作用下,产生的动水压力使得表面层沥青从石料的表面剥落下来,散落石料则是被车轮甩出,路面自上而下的形成坑槽,这类坑槽的深度是2-5厘米,在沥青路面的早期破坏阶段是产生最早的一种坑槽类型。
        第二,表面层与中面层同时产生坑槽。在沥青路面的表面层、中面层都是空隙率比较大的半开级配沥青混合料,底面层主要是空隙率比较小的密级配沥青混合料,路表的自由水极易渗入到滞留在表面层和中面层内,使得其中面层和表面层容易产生坑槽病害。
        第三,底面层、基层产生坑槽病害,容易发生在翻浆现象,在重载车辆的作用下,自由水产生很大的压力冲刷基层混合料表层细料,形成灰白色浆。在动水压力、孔隙率的压力反复作用下,整个面层范围内的基层粒料容易产生松散,反射至面层,形成恶性循环,最终造成坑槽问题出现。
        2.2 沥青路面的坑槽维修要求
        沥青路面产生坑槽破坏,不仅会严重破坏其路面表面功能、使用性能,还会影响到其安全。坑槽及时修补的要求主要概况为下面几点:
        第一,恢复沥青混凝土路面表面的功能,恢复其行车舒适性、平顺性。
        第二,坑槽减薄了结构层,及时的修补可以恢复路面局部强度、承载力。
        第三,弥补坑槽破损处原有路面的强度和耐水性的不足,具有明显的补强作用。
        3 坑槽修补材料分类
        3.1 施工温度分类
        沥青路面坑槽修补的材料主要是按照施工温度的不同,将其分为热补沥青混合料、冷补沥青混合料。热补沥青混合料的强度高、稳定性好和原有路面的兼容性好的优势。但是因为其受到温度因素的影响比较大,在寒冷季节和雨雪天气的时候,是不能正常施工,在拌和、摊铺作业的时候,极易产生大量有害的气体,对施工人员的身体健康有着严重伤害,严重的污染环境。冷补沥青混合料在使用的时候,不会受到雨雪和低温天气的影响,施工有着全天性的特点,制备、摊铺温度远远低于热拌沥青混合料,没有烟气污染,绿色节能环保,施工操作简单,减少施工人员和降低养护成本,坑槽的修补效果比较好,在路面坑槽的初期可以进行修补,实现即修和即通,以避免坑槽病害的扩大。
        3.2 成型过程的分类
        3.2.1溶剂型冷补料
        溶剂型的冷补沥青混合料主要是在基质沥青中,添加一些稀释剂、改性剂,其强度形成机理主要是依靠煤油、柴油等稀释剂挥发和车辆荷载的再压实,初始的强度则是由骨料嵌挤压力提供的,沥青胶结料因为没有凝固,使得强度和粘结力比较低,还降低了初始的强度。我国的基础建设项目的发展比较晚,公路早期重视建设,轻视养护,直到20世纪末期,才开始研究路面的修补材料,在1996年的时候,就研究出低温沥青混合料,在冬季应用该技术进行沥青路面的坑槽修补处理,并且应用在多条高速公路施工中。而张秀华教授等人在1997年的时候就经过实验,研究HU-L型的冷补沥青混合料,能够及时修复破损的路面,对沥青路面使用寿命进行延长。
        3.2.2乳化型冷补料
        乳化型冷补料主要是以乳化沥青作为胶粘料的,混合料的强度成型则是依据其乳化沥青的破乳、即产生的水分蒸发,常温状态下有着比较好的和易性,并且还有着节能环保的特点,强度成型慢,粘结性比较差,修补的效果不太立项。在上个世纪末期的时候我国的交通部门阳离子乳化沥青课题协作组,就对阳离子的乳化沥青、路用的性能进行研究探讨,并且还获取比较好地成效。七五和八五期间的阳离子乳化沥青的筑路养护技术也逐渐得到广泛的应用。


        3.2.3反应型冷补料
        反应型的冷补料主要是以高分子聚合物作为胶结料的,强度则是经过高分子固化交联的作用形成,混合料的成型速度比较快、耐磨性好、高低温的性能好,但是成本高,所以还没有全面推广应用。
        4 沥青路面坑槽修补的关键技术分析
        4.1 冷凿热补技术
        冷凿热补的技术通常是应用在处治沥青路面的坑槽、龟裂、翻浆、修补不良、网裂、泛油、拥包等病害中。其技术的应用成本低,容易大面积开展施工,工作效率高。缺点是容易产生弱接缝,受到环境气候的因素影响较大,不能及时修补和修复路面病害。沥青混合料事先都是由沥青拌和料生产好的,按照路面的厚度预制出一定厚度、尺寸的预制块,在修补作业的时候,可以直接放入坑槽内,进行再加热的处理。粘层油则是应用AH-70重交热沥青,施工要点是确定处治的范围,做好路面的切缝处理,先切割并且凿除需要处理的路面,之后采用热拌沥青混合料实施填补压实处理。
        4.2 微波热补处理
        微波则是一种高频电磁波,波长短,频率高,微波主要是一种能量的形式,但是在介质中能够转化成热量。微波加热则是一种依靠物体吸收微波可以将其转变成热能,使得自身同时升温的加热方法。应用微波加热技术对坑槽等病害的处治部位实施加热处理,再应用铁铲、铁耙耙松表面混合料,对不用的混合料进行铲除干净,添加一些新沥青混合料,最后再进行压实路基。微波的热补方法缺点是高强度的微波辐射防护问题,将其燃料能转变成微波能的能量转换效率比较低,加热方法则是应用周围的环境,以热量辐射的方法,对其物体的表面实现加热处理,之后再降热传导体传到物体的内部。
        4.3 红外热补
        红外线作为电磁波的一种,在沥青混合料的15~155μm红外波段范围内,有着比较强烈的吸收带,沥青路面在红外辐射作用下,表面先受到加热,热量从沥青路面表面经过热传导,传到沥青路面内部,红外辐射则是对沥青的路面加深深度有3厘米。因为沥青自身热传导的效率比较低,所以极易造成沥青路面的表层温度过高,通畅会出现内部的温度过低问题。在沥青路面的中下层温度达到了熔化温度的时候,沥青路面表层就会达到比较高的温度,使得其表面的沥青产生老化,进而影响到路面整体使用的性能。
        4.4 冷凿冷补技术
        冷凿冷补技术则是应用在低温天气下,沥青路面的坑槽修补作业包含坑槽临时性的修补、应急性的修补。优点在于能够长时间存放,并且修补比较方便。缺点是修补的寿命比较短,一般只能达到两个多月,材料的价格普遍比较高,不太适合作为全线日常的修补使用。冷凿冷补则是在施工阶段应该凿除需要处理的路面,之后应用冷拌沥青混合料对其进行填补压实处理。
        4.5 喷射冷补施工技术
        喷射冷补技术则是应用在温度比较低或是工期比较紧张的沥青路面坑槽修补中,包含坑槽临时性的修补处理。这个技术的使用方法高效、成本低,缺点则是乳化沥青和集料之间还需具有很好的相容性。压力喷补的技术可以省去碾压工艺,小面积的坑洞修补只是需要两分钟就可以完成处理,压力喷补的技术还适用于小面积坑洞、大裂缝修补中。
        5 沥青路面坑槽修补施工注意事项
        5.1 在进行沥青路面的坑槽开挖时,应该确保其开挖彻底,将其损坏部分进行全部清理感觉,放大开挖的面积,测定坑槽的损坏范围及其深度,依据圆洞方补和斜洞正补的原则,对坑槽的修补轮廓线进行划出,其轮廓线应该是和路中心线平行或者是垂直的正方形,大小比较合适的,适当的向外移动6厘米左右,使得接缝处理更好。若是发现了基层的损坏问题,还需挖深到槽底的稳定部分,竖向变形则是应该处理到位,不能留有任何的隐患问题。
        5.2 不管是基层的坑槽、面层坑槽,在回填施工的时候,还需尽可能的应用机拌混合料,确保其拌和的质量,如果说是路拌混合料,就需要应用料斗、称等称量工具,对其原材料进行准确的选取,并且控制其配合的比例,以保证拌和料的质量。对于沥青混合料,还需应用移动抄拌机具,应用有关的保温处理,以确保其回填的效果。
        5.3 面层的坑槽在修补过程中,还需做好除尘处理,槽壁、基层的表面还需清扫干净,应用大容量的鼓风机喷出高强度空气流,将其坑槽内部残留松散的杂物和颗粒等进行吹干净,进而形成洁净地坑槽维修面。
        5.4 沥青混合料的摊铺系数主要是在1.2-1.5,摊铺应该保证均匀性,不能产生粒料的离析问题,以确保其坑槽周围的材料是充足的。应用有关的压实措施,全面的提升其压实的效果,在边缘角落不容易压实的薄弱地方,还需应用振动夯、大锤等实现补夯压实处理。深度在6厘米以上的坑槽,则是分层按照先粗料,后细料进行摊铺的形式,对其实现分层夯实处理。
        5.5 对修补压实后坑槽高出周围路面的厚度进行控制,在运用一段时间的修补处理之后,就可以实现与其路面持平,否之在修补之后坑槽容易积水,还会受到竖向行车的冲击力。
        5.6 接缝处理应该应用阶梯状的接缝方式,在做好基层的处理之后,其修补的面层就向外围扩展4厘米实现二次清边处理,进而错开竖向接缝,确保新旧路面整体性,还需防止水会侵入。
        5.7 尽量避开雨季或者是雨后立即修补坑槽,在坑槽内部比较潮湿的时候,必须进行修补的时候,还需应用喷灯、加热罩的方法,实现坑槽内部的加热处理,进而确保修补后新旧面层有着最佳的粘接效果。
        结束语
        总之,沥青路面的坑槽修补质量主要是受到其修补材料、坑槽修补技术的影响。公路工程项目的建设资金消耗量比较大,我们还需做好其养护工作,使得最大限度的发挥出有关作用。并且全面贯彻实施以预防为主和防治结合的方式,加强对其的预防性养护处理,在进行坑槽的修补过程中,还需依据规范要求做好以上几点的控制工作,进而全面的提升沥青路面的坑槽修补技术,更好的为人们群众服务。
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